🗊Презентация Критические периоды в эмбриогенезе. (Лекция 6)

Экологическая эмбриология (спецкурс для магистров кафедры эмбриологии МГУ) О.П. Мелехова, д.б.н., вед.н.с., +79153501293; muffs2013@gmail.com

2 Лекция 6. Критические периоды развития.

3 Содержание лекции: 1. История открытия и современные представления о критических периодах развития. 2. Креодичность как фундаментальная закономерность развития. 3. Основные положения теории П.Г. Светлова. 4. Чувствительность: повреждаемость и репарация. 5. Периодичность морфогенетической функции ядер. 6. Критические периоды в эмбриогенезе позвоночных. 7. Клеточные механизмы тератогенеза. 8. Уровни регуляции дифференцировки.

4 Развитие всего организма и отдельных его частей проходит через периодически повторяющиеся этапы – фазы развития. Фазы разделяются на периоды: индифферентный, подготовительный, критический и период дифференциации. Критический период является периодом предетерминации и детерминации.

5 Термин «критические периоды» ввел в 1897г. ботаник П.И. Броунов. Определял как периоды наибольшей чувствительности (у растений). Ц.Р. Стоккард (1921г.): онтогенез представлен как ряд последовательных этапов, различающихся скоростями развития. Критические периоды – наибольшая скорость развития (у животных). На ранних стадиях эмбриогенеза такие периоды являются критическими для всего эмбриона. На более поздних стадиях имеются критические стадии в развитии органов. Критические периоды всегда предшествуют морфологической дифференциации (Б.Н. Шванвич, 1937г.). К.-Х. Уоддингтон (1962г.): понятие «эпигенетического ландшафта».

6 В современном представлении критические периоды онтогенеза являются периодами повышенной чувствительности организма к внешним и внутренним факторам. Являются проявлением общей фундаментальной закономерности развития – чередования креодов (устойчивых периодов) и кризов (периодов повышенной чувствительности и повреждаемости отдельных систем и организмов в целом).

7 Концепция критических периодов развития П.Г. Светлова - одно из ведущих обобщений современной эмбриологии. Критические периоды знаменуют вступление зародыша (или его зачатков) в начальную стадию крупного этапа морфогенеза, определяют направление дифференциации и конечную судьбу отдельных зачатков или всего зародыша. В течение критических периодов проходят процессы детерминации, т.е. получение извне относительно недифференцированным зачатком специфического импульса, ответом на который является дальнейшее автономное развитие. Высокая рецептивность клеток необходима для восприятия индукционных импульсов. В критических периодах зачатки наиболее повреждаемы.

8 По П.Г. Светлову, минимальные дозы каких-либо воздействий в период детерминации (критический) играют большую роль в формообразовании. Подъем чувствительности связан с пониженной репаративной способностью клеток. Ступенчатый процесс детерминации – причина следующих за ним цепных процессов дифференциации клеток и организма в целом. Характер тератогенных эффектов различных воздействий в критических периодах может служить инструментом изучения механизмов развития.

9 Некоторые особенности влияния тератогенных факторов в течение критических периодов: Чувствительность к тератогенезу связана с генотипом зародыша (видовые вариации резистентности). Чувствительность и эффект тератогенного действия зависит от стадии развития объекта. Характер начальных изменений не всегда связан со специфичностью действия тератогенных агентов. Основные механизмы начального действия: генная мутация, хромосомные, в том числе эпигенетические, изменения, нарушения пролиферации, изменения функциональной способности аминокислот, изменение пула предшественников, субстратов и пр., изменение биоэнергетики и свойств мембран, нарушения осмотического баланса, торможение активности ферментов.

10 Проявление нарушений развития (тератогенный эффект) является отсроченным. Тератогенные и эмбриотоксические воздействия зачастую не являются токсичными для организма самки.

11 Периодичность морфогенетической функции ядер определяет ряд критических периодов в раннем развитии. Понятие «тератогенный терминационный период». критический период формирования индивидуального генотипа – гаметогенез и оплодотворение. Критический период формирования протеома – раннее развитие, активация генов. Механизмы повреждения: генные мутации. Основные врожденные нарушения: Транскрипции (мутации в генах рецепторов клеточной поверхности, сигнальных путей); Сплайсинга (мутации по сайтам сплайсинга – измененные белки); Трансляции (изменения в промоторах, в стоп-кодонах, в сроках жизни и-РНК). Критические периоды формирования фенома – в течение гаструляции, нейруляции и органогенеза.

12 Клеточные механизмы тератогенеза Основные типы поведения клеток: клеточные деления, рост, изменение формы, миграция, секреция, адгезия, гибель, специализация (дифференцировка). Основные нарушения морфогенеза – результат нарушений клеточных делений, миграции, избирательной адгезии. Дифференциация последовательно проходит в течение всего эмбриогенеза. Может прекратиться на любом этапе развития (бесформенная масса клеток, гибель эмбриона, агенезия органа или системы органов и др.). Ключевые позиции дифференцировки – дифференциальная активность генов в результате детерминации. Основные механизмы тератогенеза на уровне тканей: гибель отдельных клеточных масс, замедление распада и лизиса клеток, нарушения адгезии.

13 У человека благополучно завершается около 65% беременностей. По данным Минздрава РФ 35% новорожденных имеют врожденные нарушения или заболевают в течение первого года жизни. Основной критический период для всего эмбриона у млекопитающих – имплантация. В первый лунный месяц погибает 37% (из суммарного значения гибели) эмбрионов. На начальных стадиях активируются гены, определяющие способность к пролиферации, гены обязательного метаболизма. После формирования бластоцисты экспрессируются тканеспецифические гены. Нейруляция является критическим периодом формирования нервной системы. У человека – от 18х до 23х сут. развития.

14 Регуляция процессов развития и роста обеспечивается взаимодействием генных, гормональных, иммунологических и метаболических влияний, реакцией рецепторов тканей и органов на действие гормонов, нейромедиаторов и др., а также адекватным питанием растущего плода. Генная регуляция складывается из влияний доминирующих генов и генотипической среды, включая ядерные факторы эпигенома, а также действия факторов окружающей среды, реализуемые через микросреду в эмбриональных клетках.

15